CN104298606A - 固态存储装置中垃圾搜集动作的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种固态储存装置中垃圾搜集动作的控制方法。该控制方法包括下列步骤：(a)在该固态储存装置执行一垃圾搜集动作时，判断一主机发出的一写入指令；(b)当该写入指令不是一连续写入指令时，执行一第一类型的垃圾搜集动作，用以释放出一闪存中小于一空白区块的释放空间后，执行该写入指令并将一写入数据存储于该闪存；以及(c)当该写入指令是该连续写入指令时，执行一第二类型的垃圾搜集动作，用以释放出该闪存中大于该空白区块的释放空间后，执行该写入指令并将该写入数据存储于该闪存。

Description

固态存储装置中垃圾搜集动作的控制方法
技术领域
本发明是有关于一种固态存储装置的控制方法，且特别是有关于一种固态存储装置中垃圾搜集动作(garbage collection)的控制方法。
背景技术
众所周知，固态存储装置(Solid State Drive，SSD)使用与非门闪存(NAND flash memory)为主要存储元件，而此类的存储装置为一种非挥发性(non-volatile)的存储器元件。也就是说，当数据写入闪存后，一旦系统电源关闭，数据仍保存在固态存储装置中。
请参照图1，其所绘示为现有固态存储装置的示意图。固态存储装置10中包括一控制单元101与一闪存105。控制单元101与闪存105之间利用一内部总线107进行数据的存取，而控制单元101利用一外部总线20与主机(host)12之间进行指令与数据的传递。此外，外部总线20可为USB总线、IEEE 1394总线或SATA总线等等。
一般来说，闪存中105包括许多区块(block)，而每个区块中又包括多个页(page)。例如，一个区块中有64页，而每个页的容量为4K bytes。此外，由于闪存105的特性，每次数据写入时是以页为最小单位，而每次抹除(erase)时则是以区块为单位进行数据抹除。
基本上，尚未存储数据的区块称为空白区块(free block)；而已经存储数据的区块则称为使用区块(used block)。当使用区块中的数据全部都是无效数据时，该使用区块即可被抹除并成为空白区块。而空白区块即可再次被用来存储数据。
由于闪存105经过长时间的存取之后，几乎每个使用区块中都会有剩下一些有效数据以及一些无效数据。然而，只要使用区块中还存在有效数据时，该使用区块即无法被抹除为空白区块。因此，会造成太多的无效数据占据闪存105的空间，使得闪存105的可写入空间变少。
当闪存105中的使用区块越来越多而空白区块越来越少时，就必须要进行垃圾搜集动作(garbage collection)。一般来说，当闪存105中空白区块的数目下降到达一临界数目(threshold number)时，控制单元101即启动垃圾搜集动作。垃圾搜集动作主要的目的在于释放出使用区块中无效数据的存储空间，让闪存105可以继续存储主机12输入的写入数据。
请参照图2，其所绘示为现有垃圾搜集动作示意图。假设使用区块c(Block_c)中的数据D1为有效数据，数据D2为无效数据，而区块d(Block_d)为空白区块。当控制单元101针对使用区块c(Block_c)进行垃圾搜集动作时，使用区块c(Block_c)中的有效数据D1会先被搬移至空白区块d(Block_d)中成为有效数据D1’。在写入有效数据D1’后，空白区块d(Block_d)转变为一使用区块d(Block_d)，接着，将使用区块c(Block_c)中的所有数据设定为无效数据。最后，将使用区块c(Block_c)抹除成为一个新的空白区块c(Block_c)，即完成一次垃圾搜集动作。
换句话说，在垃圾搜集动作后，区块c(Block_c)将成为一个新的空白区块，而使用区块d(Block_d)中尚有其他空白空间B(free space)可以用来存储数据。也就是说，进行垃圾搜集动作后，空白空间B即为一释放空间，供主机12来继续存储数据，该空白空间B的大小是小于一空白区块的大小。
然而，上述的垃圾搜集动作后，使用区块中无效数据所获得的空白空间(释放空间)小于一个区块的空间。当主机12写入闪存105的数据量很大时，需要提出效率更好的垃圾搜集动作的控制方法。
发明内容
本发明是有关于一种固态存储装置中垃圾搜集动作的控制方法，包括下列步骤：(a)在该固态存储装置执行一垃圾搜集动作时，判断一主机发出的一写入指令；(b)当该写入指令不是一连续写入指令时，执行一第一类型的垃圾搜集动作，用以释放出该闪存中小于一空白区块的释放空间后，执行该写入指令并将一写入数据存储于该闪存；以及(c)当该写入指令是该连续写入指令时，执行一第二类型的垃圾搜集动作，用以释放出该闪存中大于该空白区块的释放空间后，执行该写入指令并将该写入数据存储于该闪存。
本发明是有关于一种固态存储装置，连接至一主机，包括：一闪存，具有多个区块；以及一控制单元，接收该主机的一写入指令并将一写入数据存储于该闪存；其中，在执行一垃圾搜集动作时，该控制单元判断该写入指令；当该写入指令不是一连续写入指令时，执行一第一类型的垃圾搜集动作，用以释放出该闪存中小于一空白区块的释放空间后，将该写入数据存储于该闪存；以及，当该写入指令是该连续写入指令时，执行一第二类型的垃圾搜集动作，用以释放出该闪存中大于该空白区块的释放空间后，将该写入数据存储于该闪存。
为了对本发明的上述及其他方面有更好的了解，下文特举优选实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：
附图说明
图1所绘示为现有固态存储装置的示意图。
图2所绘示为现有垃圾搜集动作示意图。
图3所绘示为本发明样式的垃圾搜集动作示意图。
图4所绘示为本发明固态存储装置中垃圾搜集动作的控制方法。
【符号说明】
10：固态存储装置；
12：主机；
20：外部总线；
101：控制单元；
105：闪存；
107：内部总线；
步骤S401～S409：步骤流程。
具体实施方式
本发明最主要的目的是提出一种固态存储装置中垃圾搜集动作的控制方法，其运用于图1的固态存储装置10。而以下的范例都以图1的固态存储装来进说明，但并不限定于此。
由于现有样式的垃圾搜集动作，所获得的释放空间会小于一个区块的空间。当主机12写入闪存105的数据量少时，现有样式的垃圾搜集动作后所获得的释放空间尚可用来存储主机12的数据。然而，当主机12写入闪存105的数据量大时(例如大于一个空白区块的空间)，现有样式的垃圾搜集动作后所获得的释放空间将不足以存储主机12的数据。此时，控制单元101可能需要多次进行现有样式的垃圾搜集动作，并获得更多释放空间来存储主机12输出的写入数据量。如此，将造成固态存储装置10写入时间增加，写入效率变低。
请参照图3，其所绘示为本发明样式的垃圾搜集动作示意图。假设使用区块e(Block_e)中的数据D1为有效数据，数据D2为无效数据；使用区块f(Block_f)中的数据D3为有效数据，数据D4为无效数据；且区块g(Block_g为空白区块。
当控制单元101进行本发明样式的垃圾搜集动作时，使用区块e(Block_e)中的有效数据D1以及使用区块f(Block_f)中的有效数据D3会先被搬移至空白区块g(Block_g)中成为有效数据D1’与D3’。接着，将使用区块e(Block_e)以及使用区块f(Block_f)中的所有数据设定为无效数据。最后，将使用区块e(Block_e)与使用区块f(Block_f)抹除成为二个新的空白区块e(Block_e)与空白区块f(Block_f)，即完成一次本发明样式的垃圾搜集动作。
换句话说，在本发明样式的垃圾搜集动作后，区块e(Block_e)与区块f(Block_f)将成为二个新的空白区块，且使用区块g(Block_g)中尚有其他空白空间B可以用来存储数据。也就是说，进行本发明样式的垃圾搜集动作后，其释放空间将包括完整的一个区块以及空白空间B供主机12来继续存储数据，该释放空间是大于一空白区块的大小。
当然，上述本发明样式的垃圾搜集动作，是将二个使用区块中的有效数据转存至一个空白区块后，抹除二个使用区块。因此，与传统垃圾搜集动作相比，至少可释放出完整的一个区块作为释放空间。当然，控制单元101也可以搜寻闪存105中，M个有效数据较少的使用区块，并将M个使用区块中的有效数据转存至一空白区块后，抹除M个使用区块成为M个空白区块。此时，本发明样式的垃圾搜集动作至少可释放出完整的(M-1)个区块供主机12来继续存储数据。
很明显地，相比于现有样式的垃圾搜集动作，本发明样式的垃圾搜集动作可一次获得更大的空间供主机12来继续存储数据。
然而，由于控制单元101执行本发明样式的垃圾搜集动作时，需要搜寻更多使用区块中有效数据的信息，并且搬移多个使用区块中的有效数据。因此，本发明样式的垃圾搜集动作所耗费的时间会比现有样式的垃圾搜集动作还要长。
本发明根据上述二种类型的垃圾搜集动作的特性，进一步提出一种固态存储装置中垃圾搜集动作的控制方法。以下的说明将现有样式的垃圾搜集动作称为第一类型的垃圾搜集动作(first type of garbage collection)，本发明样式的垃圾搜集动作称为第二类型的垃圾搜集动作(second type ofgarbage collection)。
请参照图4，其所绘示为本发明固态存储装置中垃圾搜集动作的控制方法。当固态存储装置10在正常操作时，控制单元101会根据主机12发出的写入指令将写入数据存储于闪存105。因此，使用区块会越来越多，而空白区块越来越少。
当闪存105中空白区块的数目下降到达一临界数目时，控制单元101即执行垃圾搜集动作(步骤S401)。否则，固态存储装置10继续等待执行垃圾搜集动作的时机。当然，本发明并不限定控制单元101执行垃圾搜集动作的时机，控制单元101也可以在满足特定条件下执行垃圾搜集动作。例如，闪存105中使用区块与空白区块的比例到达一临界比例时，控制单元101执行垃圾搜集动作。
一般来说，当主机12发出写入指令时，根据主机12发的逻辑区块地址(logical block address，简称LBA)，即可决定写入指令为连续写入指令(sequential write command)或者为随机写入指令(random write command)。举例来说，当主机12发出写入指令将一写入数据存储于k个连续LBA(例如LBA_1～LBA_k)中且该写入数据超过一个特定数据量时，则视为主机12发出连续写入指令。反之，则视为主机12发出随机写入指令。当然，上述特定数据量可以根据实际的需求来设定，可设定为一个空白区块的空间，或者一个空白区块80％的空间。
根据本发明的实施例，当控制单元101判断出主机12发出连续写入指令(步骤S403)时，则执行第二类型的垃圾搜集动作(步骤S405)。并且，在完成第二类型的垃圾搜集动作后，执行主机12发出的写入指令(步骤S409)。
或者，当控制单元101判断出主机12不是发出连续写入指令(步骤S403)时，则执行第一类型的垃圾搜集动作(步骤S407)。并且，在完成第一类型的垃圾搜集动作后，执行主机12发出的写入指令(步骤S409)。
由以上的说明可知，当主机12发出随机写入指令时，由于写入数据量不大。因此，控制单元101执行第一类型的垃圾搜集动作，并释放少于一个空白区块的空间来存储写入数据即可。此时，控制单元101执行该写入指令时，即可将写入数据存储于该闪存105的释放空间。如此，将可以快速地完成该写入指令。
反之，假设主机12发出连续写入指令，其写入数据量大于一个空白区块的空间时，控制单元101利用第二类型的垃圾搜集动作，并释放出至少一个完整的空白区块作为释放空间来继续存储数据。也就是，控制单元101执行该写入指令时，即可将写入数据存储于该固态存储装置的释放空间。也就是，至少有一个空白区块被用来存储写入数据中的一部分，而形成第一使用区块。当该连续写入的写入数据被更新时，先前的该第一使用区块中的数据将全部被设定为无效数据。此时，控制单元101仅需抹除该第一使用区块即可，而不需要针对该第一使用区块去执行垃圾搜集动作。因此，可以省去控制单元101执行垃圾搜集动作所需的时间。
由以上的说明可知，本发明提出一种固态存储装置中垃圾搜集动作的控制方法。根据主机12发出写入指令为连续写入指令或者随机写入指令来决定垃圾搜集动作的样式。让控制单元101更有效率的管理闪存105。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更改与修饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种固态存储装置中垃圾搜集动作的控制方法，其特征在于，包括下列步骤：
(a)在该固态存储装置执行一垃圾搜集动作时，判断一主机发出的一写入指令；
(b)当该写入指令不是一连续写入指令时，执行一第一类型的垃圾搜集动作，用以释放出一闪存中小于一空白区块的释放空间后，执行该写入指令并将一写入数据存储于该闪存；以及
(c)当该写入指令是该连续写入指令时，执行一第二类型的垃圾搜集动作，用以释放出该闪存中大于该空白区块的释放空间后，执行该写入指令并将该写入数据存储于该闪存。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其中当该闪存中该空白区块的数目下降到达一临界数目时，执行该垃圾搜集动作。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其中该主机发出该写入指令将该写入数据存储于多个连续逻辑区块地址中，且该写入数据超过一个特定数据量时，则该写入指令为该连续写入指令。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其中执行该第一类型的垃圾搜集动作包括下列步骤：
(b1)搜寻该闪存中的多个区块，获得一第一使用区块，其中该第一使用区块中存储的数据包括一第一部分的一有效数据以及一第二部分的一无效数据；
(b2)将该第一使用区块中该第一部分的该有效数据存储于该闪存中的一空白区块；以及
(b3)抹除该第一使用区块。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其中执行该第二类型的垃圾搜集动作包括下列步骤：
(c1)搜寻该闪存中的多个区块，获得一第一使用区块以及一第二使用区块，其中该第一使用区块中存储的数据包括一第一部分的一有效数据以及一第二部分的一无效数据，该第二使用区块中存储的数据包括一第一部分的一有效数据以及一第二部分的一无效数据；
(c2)将该第一使用区块中该第一部分的该有效数据以及该第二使用区块中该第一部分的该有效数据存储于该闪存中的一空白区块；以及
(c3)抹除该第一使用区块与该第二使用区块。
6.一种固态存储装置，其特征在于，连接至一主机，包括：
一闪存，具有多个区块；以及
一控制单元，接收该主机的一写入指令并将一写入数据存储于该闪存；
其中，在执行一垃圾搜集动作时，该控制单元判断该写入指令；当该写入指令不是一连续写入指令时，执行一第一类型的垃圾搜集动作，用以释放出该闪存中小于一空白区块的释放空间后，将该写入数据存储于该闪存；以及，当该写入指令是该连续写入指令时，执行一第二类型的垃圾搜集动作，用以释放出该闪存中大于该空白区块的释放空间后，将该写入数据存储于该闪存。
7.根据权利要求6所述的固态存储装置，其中当该闪存中该空白区块的数目下降到达一临界数目时，该控制单元执行该垃圾搜集动作。
8.根据权利要求6所述的固态存储装置，其中该主机发出该写入指令将该写入数据存储于多个连续逻辑区块地址中，且该写入数据超过一个特定数据量时，则控制单元决定该写入指令为该连续写入指令。
9.根据权利要求6所述的固态存储装置，其中该控制单元执行该第一类型的垃圾搜集动作时，搜寻该闪存中的多个区块，获得一第一使用区块，其中该第一使用区块中存储的数据包括一第一部分的一有效数据以及一第二部分的一无效数据；将该第一使用区块中该第一部分的该有效数据存储于该闪存中的一空白区块；以及，抹除该第一使用区块。
10.根据权利要求6所述的固态存储装置，其中该控制单元执行该第二类型的垃圾搜集动作时，搜寻该闪存中的多个区块，获得一第一使用区块以及一第二使用区块，其中该第一使用区块中存储的数据包括一第一部分的一有效数据以及一第二部分的一无效数据，该第二使用区块中存储的数据包括一第一部分的一有效数据以及一第二部分的一无效数据；将该第一使用区块中该第一部分的该有效数据以及该第二使用区块中该第一部分的该有效数据存储于该闪存中的一空白区块；以及抹除该第一使用区块与该第二使用区块。
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